Name: isomer shapes in coordination complexes
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 52 s
Channel: JoVE

סטראואיזומרים של תרכובות קוארדינטיביות הם מולקולות בעלות אותה נוסחה כימית ואותה קישוריות ליגנדים לאטום המתכת, הנבדלות בסידור של מולקולות הליגנדות סביב האטום המרכזי. בהתאם למבנה המולקולרי, סטראואיזומרים של תרכובות קוארדינטיביות מסווגים כאיזומרים מבניים או כאיזומרים אופטיים. איזומרים מבניים הם סטראואיזומרים בעלי מבנים מולקולריים שונים לחלוטין וכן תכונות פיזיקליות וכימיות שונות לחלוטין.איזומרי ציס-טרנס הם דוגמה לאיזומרים מבניים. הם מתקיימים בקומפלקסים מרובעים-מישוריים עם שני סטים של ליגנדות זהות, או MA₂B₂, ובתרכובות אוקטהדרליות עם סט של ארבעה ליגנדות זהות וזוג של ליגנדות אחרות, או MA₄B₂. לדוגמה, בציס-איזומר של הקומפלקס המרובע-מישורי דיאמינדיכלורופלטינום המכונה ציספלאטין, ליגנדות הכלור סמוכות זה לזה ונמצאות באותו צד של המולקולה.באיזומר הטרנס, טרנספלאטין, ליגנדיות הכלור נמצאות בצדדים הנגדיים של המולקולה. קומפלקסים אוקטהדרלים עם שני סטים של שלוש ליגנדות זהות, או MA₃B₃, יכולים להיות באיזומריות מבנית אחרת, המכונה איזומריות fac-mer. לדוגמה, באיזומר fac של טריאמינטריכלורוקובלט שלושת הליגנדות האמיניות ושלושת הליגנדות הכלורידיות נמצאות בצדדים נגדיים של המולקולה ויוצרים פאות מנוגדות של האוקטהדרון.באיזומר mer, שלושה מתוך אותם ליגנדים יוצרים קשת סביב אטום המתכת המרכזי. הסוג האחר של סטראואיזומרים מוגדר כאיזומרים אופטיים. כמו הידיים שלנו, איזומרים אופטיים הם תמונות ראי זה של זה ואינם יכולים לחפוף.איזומרים אלה, הנקראים גם אננטיומרים, מתוארים ככיראליים ויש ביניהם הבדלים מעטים בלבד מבחינת התכונות הפיזיקליות והכימיות. איזומרים אופטיים מיוחדים באינטראקציה שלהם עם אור מקוטב מישור. לאור מקוטב יש וקטורי שדה חשמלי מתנודדים במישור יחיד, המסתובבים במידה כלשהי כשהאור המקוטב עובר דרך תמיסה של אנניומטר.לדוגמה, אנניומטר אחד של טריס קובלט מסובב את המישור לימין ונקרא איזומר אופטי דקסטרורוטטורי או איזומר d. האננטיומטר האחר מסובב את המישור שמאלה ונקרא איזומר אופטי לוורוטטורי או איזומר l.

סטריאואיזומריזם

<div style="direction:rtl">

 <h3>איזומריזם בקומפלקסים</h3> 

 איזומרים הם מינים כימיים שונים בעלי אותה נוסחה כימית. 

 קומפלקסים של מתכת מעבר קיימים לרוב כאיזומרים גיאומטריים, שבהם אותם אטומים מחוברים באמצעות אותם סוגי קשרים אך עם הבדלים בכיוון שלהם במרחב. קומפלקסים קואורדינציה עם שני ליגנדים שונים בעמדות ציס וטראנס מליגנד בעל עניין יוצר איזומרים. לדוגמה, ליון האוקטהדרלי [Co(NH3)4Cl2]+יש שני איזומרים (איור 1) בתצורת ציס ,שני הליגנדים הכלורידיים צמודים זה לזה. לאיזומר השני , תצורת הטראנס , יש את שני הליגנדים הכלוריים ישירות אחד מול השני. 
 <img alt="תמונה 1" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image1.svg" style="text-align: center; height: 200px;"> 

 איור 1. איזומרי הציס והטראנס של [Co(H2O)4Cl2]+ מכילים את אותם ליגנדים המחוברים לאותו יון מתכת, אך הסידור המרחבי גורם לשתי התרכובות הללו להיות בעלות תכונות שונות מאוד. 

 איזומרים גיאומטריים שונים של חומר הם תרכובות כימיות שונות. הם מציגים תכונות שונות, למרות שיש להם אותה נוסחה. לדוגמה, שני האיזומרים של [Co(NH3)4Cl2]NO3 שונים בצבע; צורת הציס היא סגולה, וצורת הטראנס ירוקה. יתר על כן, לאיזומרים אלה יש מומנטים, מסיסות ותגובתיות דיפול שונה. כדוגמה לאופן שבו הסידור במרחב יכול להשפיע על התכונות המולקולריות, שקול את הקוטביות של שני האיזומרים [Co(NH3)4Cl2]NO3. זכור שהקוטביות של מולקולה או יון נקבעת על ידי דיפולי הקשר (שנובעים מההבדל באלקטרושליליות של האטומים המחוברים) וסידורם במרחב. באיזומר אחד, ליגנד ציס כלוריד גורם ליותר צפיפות אלקטרונים בצד אחד של המולקולה מאשר בצד השני, מה שהופך אותה לקוטבית. עבור איזומר הטראנס, כל ליגנד נמצא ישירות מול ליגנד זהה, כך שדיפולי הקשר מתבטלים, והמולקולה אינה קוטבית. 

 סוג חשוב נוסף של איזומרים הם איזומרים אופטיים, או אננטיומרים, שבהם שני אובייקטים הם תמונות מראה מדויקות זה של זה אך לא ניתן לסדר אותם כך שכל החלקים יתאימו. משמעות הדבר היא שאיזומרים אופטיים הם תמונות מראה שאינן ניתנות לשטח. דוגמה קלאסית לכך היא זוג ידיים, שבהן יד ימין ושמאל הן תמונות מראה זו של זו, אך לא ניתן להעלותן על זה. איזומרים אופטיים חשובים מאוד באורגניים ובביוכימיה מכיוון שמערכות חיות משלבות לרוב איזומר אופטי ספציפי אחד ולא אחר. שלא כמו איזומרים גיאומטריים, לזוגות של איזומרים אופטיים תכונות כמעט זהות (נקודת רתיחה, קוטביות, מסיסות וכו'). איזומרים אופטיים נבדלים רק באופן שבו הם משפיעים על אור מקוטב וכיצד הם מגיבים עם איזומרים אופטיים אחרים. עבור קומפלקסים קואורדינציה, תרכובות קואורדינציה רבות כגון 3]n+[שבהם Mn+ הוא יון מתכת מרכזי כגון ברזל(III) או קובלט(II)] יוצרות אננטיומרים, כפי שמוצג באיור 2. שני איזומרים אלו יגיבו אחרת עם איזומרים אופטיים אחרים. לדוגמה, סלילי DNA הם איזומרים אופטיים, והצורה המופיעה בטבע (DNA ימני) תיקשר רק לאיזומר אחד של [M(en)3]n+ולא לאחר.
 <img alt="תמונה 2" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_2.svg" style="text-align: center; height: 200px;"> 

 איור 2. לקומפלקס [M(en)3]n+ (Mn+= metal ion, en = ethylenediamine) יש תמונת מראה שאינה ניתנת לשטח. 

 יון [Co(en)2Cl2]+ מפגין איזומריזם גיאומטרי ((cis/trans)), ואיזומר הציס שלו קיים כזוג איזומרים אופטיים (איור 3).
 
 <img alt="תמונה 3" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_3.svg" style="text-align: center; height: 200px;"> 

 איור 3. קיימות שלוש צורות איזומריות של [Co(en)2Cl2]+. לאיזומר הטראנס, שנוצר כאשר הכלורים ממוקמים בזווית של 180 מעלות, יש תכונות שונות מאוד מהאיזומרים הציס. תמונות המראה של איזומר הציסיוצרות זוג איזומרים אופטיים, בעלי התנהגות זהה למעט כאשר הם מגיבים עם אננטיומרים אחרים. 

 טקסט זה מותאם מ <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.</a>
</div>

איזומריזם בקומפלקסים
איזומרים הם מינים כימיים שונים בעלי אותה נוסחה כימית.
מתחמי מתכת מעבר קיימים לעתים קרובות כגיאומטריים ...

Education

JoVE Core

Chemistry

כימיה

אחד

Transition Metals and Coordination Complexes

מתכות מעבר וקומפלקסים קואורדינציוניים

transition-metals-and-coordination-complexes

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגים מרכזיים

Stereoisomerism

isomer shapes in coordination complexes

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ.

One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion has two geometric isomers. In the cis form, the two chloride ligands are next to each other. In the trans form, the chlorides are directly across from one another.

These geometric isomers can behave very differently. The two isomers of [Co(NH3)4Cl2]NO3 have different colors. The cis form is violet, and the trans form is green. They also differ in dipole moment, solubility, and reactivity. Polarity depends on bond dipoles and how they are arranged in space. In the cis isomer, the chloride ligands create more electron density on one side of the ion, so it is polar. In the trans isomer, matching ligands are opposite each other, so the dipoles cancel and the ion is nonpolar.

Another important category is optical isomerism, also called enantiomerism. Enantiomers are mirror images that cannot be superposed, like right and left hands. These optical isomers are important in organic chemistry and biochemistry because living systems often use one optical isomer but not the other. Unlike geometric isomers, enantiomers usually have nearly identical boiling points, polarity, and solubility. They differ in how they affect polarized light and how they react with other optical isomers.

Many coordination compounds also form enantiomers. A complex such as [M(en)3]n+, where M is a metal ion like iron(III) or cobalt(II) and en is ethylenediamine, can exist as a pair of non-superposable mirror images. These forms react differently with other optical isomers. For example, DNA helices are optical isomers, and natural right-handed DNA binds to only one isomer of [M(en)3]n+.

Some complexes show both geometric and optical isomerism. The [Co(en)2Cl2]+ ion has cis and trans forms. Its trans isomer has the chlorines 180° apart and has very different properties from the cis form. The cis isomer also exists as a pair of optical isomers. These mirror-image forms behave the same in most ways, except when they react with other enantiomers.

Isomer Shapes in Coordination Complexes

properties of transition metals

Transition Metals in the Periodic Table

Transition metals are the d-block elements and the inner transition metals in the f-block. They are defined by partially filled d orbitals. In the periodic table, the transition elements are in groups 3 through 11, and the inner transition metals appear in the two rows below the main body of the table. The d-block is often grouped into transition series. The first transition series runs from Sc through Cu. The second series runs from Y through Ag. The third series includes La and Hf through...

coordination compounds and nomenclature

How Transition Metal Complexes Are Named

Transition metal complexes are named by following rules for ligands, metal ions, and oxidation state. These compounds form when a central metal ion or atom, often a transition metal or inner transition metal, accepts electron pairs from ligands. A ligand is a Lewis base that can be an atom, molecule, or ion with one or more lone pairs to donate. In these complexes, the bond is a coordinate covalent bond. That means both electrons in the bond come from the donor, such as ammonia, and are...

metal-ligand bonds

Coordination Complexes and Chelation

Coordination complexes form when a metal ion bonds to ligands. These compounds appear in familiar examples such as hemoglobin in blood, chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used to make polyethylene. Transition metal ions are especially likely to form these complexes. In a coordination complex, the metal acts as a Lewis acid. The ligand acts as a Lewis base and donates both electrons in the coordinate covalent bond. A ligand can be an atom, molecule, or ion, as long as...

coordination number and geometry

Transition Metal Shapes from Coordination Number

Transition metal complexes are often identified by their coordination number and the shape around the metal ion. The coordination number is the number of donor atoms bonded to the central metal. In many complexes, the most common shapes are octahedral, tetrahedral, and square planar. Coordination number and molecular geometry are linked in a clear pattern. A coordination number of 2 gives a linear shape, as in [Ag(NH3)2]+. A coordination number of 3 gives a trigonal planar shape, as in...

structural isomerism

Linkage and Ionization Isomers

Isomers are different chemical species that share the same chemical formula. In coordination compounds, structural isomerism includes linkage isomers and coordination-sphere isomers. These two forms show how the same atoms can be arranged in different ways around a metal center. Linkage isomers form when a ligand can attach to a transition metal through two different atoms. The cyanide ligand, CN−, can bind through carbon or nitrogen. The thiocyanate ligand, SCN−, can bind through sulfur or...

stereoisomerism

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ. One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion...

valence bond theory

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes

Coordination complexes form metal-ligand bonds through valence bond theory. In this model, Linus Pauling explained bonding with hybridization and overlap of atomic orbitals. The central metal atom or ion acts as a Lewis acid. It uses empty orbitals of suitable energy to accept electron pairs from ligands, which act as Lewis bases. These coordinate covalent bonds help explain the color, geometry, and magnetic behavior seen in coordination compounds. The type of hybridization helps determine the...

crystal field theory - octahedral complexes

crystal-field-theory-octahedral-complexes

Octahedral d-Orbital Splitting in Crystal Fields

Crystal field theory explains how ligands affect the d orbitals in transition metal complexes. This electrostatic model helps predict the colors, magnetic behavior, and some structures of coordination compounds. It focuses on the nonbonding electrons on the central metal ion, not on the metal-ligand bonds. In crystal field theory, the metal ion and ligands are treated as very small point charges. Because electrons are negative, electrons donated by the ligands repel the electrons in the...

crystal field theory - tetrahedral and square planar complexes

crystal-field-theory-tetrahedral-and-square-planar-complexes

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes

Crystal field theory also explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes. These shapes do not follow the same pattern as an octahedral complex, so the d orbitals respond to ligand placement in different ways. In tetrahedral complexes, the four ligands sit between the axes. None of the d orbitals points directly at the ligands, but the d x2−y2 and d z2 orbitals lie along the Cartesian axes and overlap less with the ligands than the d xy, d xz, and d yz orbitals. The d...

colors and magnetism

Color and Spin in Coordination Complexes

Color in coordination complexes comes from how metal electrons absorb light. When atoms or molecules absorb light at the right frequency, electrons move to higher-energy orbitals. For many main-group atoms and molecules, the absorbed light is ultraviolet and cannot be seen. In coordination compounds, the energy gap between d orbitals often matches visible light, so the compound can absorb and emit colors that the human eye detects. Small changes in orbital energy can cause large shifts in the...

key terms and concepts

Explore cis, trans, and optical isomers in coordination complexes. See how ligand arrangement changes color, polarity, and reactivity in transition metal compounds.

Isomer Shapes in Coordination Complexes | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Isomer Shapes in Coordination Complexes

Description

Transcript

Tags